CN102905418A - 点亮装置和使用该点亮装置的照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种点亮装置和使用该点亮装置的照明设备。所述发光二极管点亮装置包括：电源单元，用于向发光二极管供给直流输出电压；控制单元，用于对所述直流输出电压进行调整；以及控制电源单元，用于向所述控制单元供给控制电源。所述控制电源单元利用所述直流输出电压来生成所述控制电源，并且包括：限流电阻器单元，用于对从所述电源单元流向所述控制单元的电流进行限制；恒压单元，用于将经由所述限流电阻器单元要施加至所述控制单元的电压转换成恒定电压；以及切换单元，用于使所述限流电阻器单元的阻抗值在多个阻抗值之间进行切换。

Description

点亮装置和使用该点亮装置的照明设备
技术领域
本发明涉及一种使发光二极管(LED)点亮的LED点亮装置以及使用该LED点亮装置的照明设备。
背景技术
近年来，作为照明用光源，代替荧光灯而逐渐使用LED。例如，日本特开2009-43447公开了形状如传统的直管形荧光灯那样的LED灯。该LED灯包括：光源块，其具有在带板状的安装基板上安装有多个LED的结构；直管形的玻璃管，其内部容纳有光源块；灯头，用于阻塞玻璃管的两端；以及端子引脚，其从灯头的侧面突出以向光源块供电。这种LED灯以可拆卸的方式自由安装在专用照明设备中所设置的灯座中，并且利用从安装在该照明设备上的LED点亮装置经由灯座所供给的电力(DC电力)来进行点亮。
此外，作为传统的LED点亮装置，日本特开2010-287499(JP2010-287499A)公开了照明用电源装置。该传统示例包括：电源单元，其包括反激型的DC/DC转换器；控制电路(控制IC)，用于对电源单元的开关元件进行控制；以及第一辅助电源电路和第二辅助电源电路，用于向控制电路供给控制电源。
电源单元的输入电压是作为商用AC电源的AC电压的全波整流电压的纹波电压。该电源单元将相对于输入电压进行了降压的直流(DC)电压供给至LED。第一辅助电源电路包括经由限流电阻器利用该电源单元的输入电压进行充电的第一电解电容器，并且利用该第一电解电容器中充电得到的电荷来生成控制电源。
另一方面，第二辅助电源电路包括利用感应至构成电源单元的变压器的辅助线圈的感应电动势进行充电的第二电解电容器，并且利用该第二电解电容器中充电得到的电荷来生成控制电源。另外，该电源单元还包括二极管，其中该二极管的阳极与第一电解电容器的正电极相连接，并且其阴极与控制电路的电源端子以及第二电解电容器的正电极相连接。此外，禁止从第二电解电容器向第一电解电容器进行放电。
在JP2010-287499A所公开的传统示例中，在紧挨在电源接通之后从第一辅助电源电路供给控制电源、并且由于电源单元的输出电压上升因而第二电解电容器两端的电压超过第一电解电容器两端的电压的情况下，从第二辅助电源电路供给控制电源。另外，由于在利用第二辅助电源电路供给控制电源的情况下使第一辅助电源电路的操作停止，因此可以抑制由于限流电阻器所引起的电力损耗。
然而，关于LED灯所使用的发光二极管芯片，存在正向电压相互不同的多种类型。因此，即使LED灯输出相同的光功率，这些LED灯的额定电压(负荷电压)在这些LED灯使用不同种类的发光二极管芯片或者包括不同数量的发光二极管芯片的情况下也有所不同。例如，在日本灯泡工业会(JELMA)已标准化的JEL801“安装有L形灯头GX16t-5的直管型LED灯系统(一般照明用)”中，将20型的发光二极管的额定电压规定在22.5伏(volt)~47.5伏的较宽范围内。即，使这种LED灯点亮的LED点亮装置的输出电压需要覆盖电压为22.5伏~47.5伏的较宽范围。
因此，在第二辅助电源电路向控制电路供给控制电源的情况下，当LED灯的额定电压Vf较低(例如，Vf=22.5伏)、并且控制电路的控制电源电压Vcc较高(例如，Vcc=15伏)时，需要增加辅助线圈的卷绕匝数。然而，在辅助线圈的卷绕匝数增加由此导致初级线圈和辅助线圈的比近似为1:1的情况下，出现如下问题：显著出现初级线圈和辅助线圈的耦合系数的影响，并且频率高于工作频率的振动波形被叠加在流入与初级线圈相连接的开关元件的电流的波形上。
另一方面，在第一辅助电源电路向控制电路供给控制电源的情况下，特别是在使用功率因数改善电路(升压斩波电路)的情况下，需要使用可以耐受几百伏的高电压的电路部件。这导致制造成本上升。此外，还存在由于限流电阻器而导致电力损耗增大的另一问题。
发明内容
考虑到以上情况，本发明提供了一种在抑制制造成本和电力损耗的增加的同时能够覆盖较宽范围的负荷电压的LED点亮装置和使用该LED点亮装置的照明设备。
根据本发明的方面，提供一种LED点亮装置，包括：电源单元，用于使直流输入电压降压为预定的直流输出电压，并将所述直流输出电压供给至发光二极管；控制单元，用于通过对所述电源单元进行控制，来调整所述直流输出电压；以及控制电源单元，用于向所述控制单元供给控制电源。
所述控制电源单元基于来自所述电源单元的直流输出电压来生成所述控制电源。所述控制电源单元包括：限流电阻器单元，用于对从所述电源单元流向所述控制单元的电流进行限制；恒压单元，用于将经由所述限流电阻器单元要施加至所述控制单元的电压转换成恒定电压；以及切换单元，用于使所述限流电阻器单元的阻抗值在多个阻抗值之间进行切换。随着所述直流输出电压的降低，所述切换单元将所述限流电阻器单元的阻抗值切换为较小的阻抗值。
所述限流电阻器单元可以配置有多个电阻器的并联电路，以及所述切换单元可以包括开关元件和驱动单元，其中，所述开关元件与所述多个电阻器其中之一串联连接，当所述直流输出电压不高于预定阈值时，所述驱动单元使所述开关元件闭合，并且当所述直流输出电压高于所述预定阈值时，所述驱动单元使所述开关元件打开。
根据本发明的另一方面，提供一种照明设备，包括：上述的LED点亮装置；以及主体，用于保持所述LED点亮装置和所述发光二极管。
根据本发明的各方面的LED点亮装置和照明设备具有如下效果：在抑制制造成本和电力损耗的增加的同时，覆盖较宽范围的负荷电压。
附图说明
通过以下结合附图对优选实施例的说明，本发明的目的和特征将变得明显，其中：
图1A和1B示出根据本发明实施例的LED点亮装置，其中图1A是电路框图，并且图1B是控制电源单元的电路图；以及
图2是示出根据本发明的照明设备的立体图。
具体实施方式
以下将参考构成本发明一部分的附图来说明本发明的实施例。
图1A是示出根据本发明实施例的LED点亮装置的示意电路图。本实施例的LED点亮装置包括：电源单元1；控制单元2，用于对电源单元1进行控制；输出控制单元3，用于将与从外部发送来的调光信号相对应的调光指示输出至控制单元2；以及控制电源单元4。另外，在本实施例中，作为利用LED点亮装置进行点亮的发光二极管的示例，例示了传统技术中所述的LED灯，但发光二极管并不局限于此。
电源单元1由众所周知的降压斩波电路构成，并且包括：插入在DC电源5的正电极和LED灯100的正极端子(阳极端子)之间的开关元件10和电感器11的串联电路；整流二极管12；平滑电容器13；以及检测电阻器6。关于二极管12，其阴极与由场效应晶体管构成的开关元件10的漏极相连接，并且其阳极与DC电源5的负电极相连接。平滑电容器13连接在电感器11和LED灯100的正极端子之间的接合点与DC电源5的负电极之间。例如，DC电源5配置有升压斩波电路，其中该升压斩波电路用于根据商用AC电源生成高于商用AC电压的DC电压。电源单元1使从DC电源5供给的DC输入电压降压为预定的DC输出电压，以将该DC输出电压供给至LED灯100。
输出控制单元3根据调光指示将作为电流(流经LED灯100的负荷电流)的目标值的指示发送至控制单元2。即，当从外部输入的调光信号的调光等级为100%时，输出控制单元3将负荷电流的目标值确定为LED灯100的额定电流值。另一方面，当调光等级为50%时，输出控制单元3将负荷电流的目标值确定为该额定电流值的一半。
控制单元2在流经电感器11的电流变为0时，将脉冲形式的驱动信号输出至开关元件10，并且在流经检测电阻器6的电流(负荷电流)等于从输出控制单元3所接收到的目标值时，停止输出该驱动信号。即，控制单元2通过对电源单元1进行控制来调整从电源单元1所供给的DC输出电压。
控制单元2和输出控制单元3通过使用从控制电源单元4所供给的控制电源Vcc进行工作。当控制电源Vcc为10伏以上时，控制单元2进行临界模式下的控制操作，并且当控制电源Vcc低于10伏时，对控制单元2的控制操作进行重置。此外，通常，当供给了约为15伏的控制电源Vcc时，控制单元2的操作稳定。此外，控制单元2可以由通用控制IC构成。
控制电源单元4根据电源单元1的DC输出电压来生成控制电源Vcc，并且如图1B所示包括限流电阻器单元40、恒压单元41和切换单元42。限流电阻器单元40配置有两个限流电阻器R1和R2的并联电路，其中该并联电路经由阳极与电源单元1的+侧输出端子(平滑电容器13的正电极)相连接的整流二极管43而连接在电源单元1的+侧输出端子和控制单元2的电源端子之间。
这里，将限流电阻器R2的阻抗值设置为小于限流电阻器R1的阻抗值。
恒压单元41包括齐纳(Zener)二极管ZD1以及与齐纳二极管ZD1并联连接的电容器C1，其中齐纳二极管ZD1的阴极与控制单元2的电源端子相连接并且其阳极与DC电源5的负电极(接地端)相连接。这里，将齐纳二极管ZD1的齐纳电压设置为等于与控制单元2的控制电源电压(例如，15伏)相同的电压。即，在恒压单元41中，将从电源单元1经由限流电阻器单元40施加至控制单元2的电源端子的电压(控制电源电压)调整为齐纳二极管ZD1的齐纳电压(15伏)。
切换单元42包括：开关元件Q，其与限流电阻器R2串联连接；以及驱动单元，用于使开关元件Q接通/断开。开关元件Q配置有NPN型双极晶体管，其中该双极晶体管的集电极与限流电阻器R2的一端相连接，并且其发射极与恒压单元41的齐纳二极管ZD1的阴极相连接。
该驱动单元还包括电阻器R3~R6、电容器C2和齐纳二极管ZD2等。当来自电源单元1的DC输出电压不高于预定的阈值时，该驱动单元使开关元件Q闭合(接通)，并且当DC输出电压高于该阈值时，该驱动单元使开关元件Q打开(断开)。电阻器R3、R4和R5的串联电路连接在DC电源5的正电极与开关元件Q的基极之间。齐纳二极管ZD2的阴极与开关元件Q的基极相连接，并且齐纳二极管ZD2的阳极与DC电源5的负电极(接地端)相连接。此外，开关元件Q的基极和发射极经由电阻器R6和电容器C2的并联电路而相互连接。这里，齐纳二极管ZD2的齐纳电压优选地降到开关元件Q的发射极电压与基极-发射极电压的总和以下，并且被设置为等于或小于控制单元2的控制电源电压的电压(例如，13伏)。
当来自电源单元1的DC输出电压高于预定的阈值时，例如当负荷电压(额定电压)为47.5伏的LED灯100与电源单元1相连接时，恒压单元41的齐纳二极管ZD1导通，由此使控制电源电压维持为齐纳电压(15伏)。此时，由于驱动单元的齐纳二极管ZD2供给有控制电源电压以发生导通，因此开关元件Q断开。因而，电流不流经限流电阻器R2，而仅流经限流电阻器R1。
另一方面，当来自电源单元1的DC输出电压不高于预定的阈值时，例如，当负荷电压为22.5伏的LED灯100与电源单元1相连接时或者当控制单元2或输出控制单元3的电力消耗大幅增加时，电源单元1的DC输出电压下降由此使恒压单元41的齐纳二极管ZD1不导通，并且与开关元件Q的基极相连接的齐纳二极管ZD2的阴极的电位下降由此使齐纳二极管ZD2也不导通。当齐纳二极管ZD2不导通时，开关元件Q接通。因此，电流流经限流电阻器R2并且也流经限流电阻器R1。即，由于开关元件Q接通，因此限流电阻器单元40的阻抗值从限流电阻器R1的阻抗值减少为两个限流电阻器R1和R2的并联阻抗值。结果，从电源单元1流向恒压单元41的电流增加，由此可以从控制电源单元4向控制单元2或输出控制单元3供给充足的电力。
如上所述，在根据本实施例的LED点亮装置中，随着来自电源单元1的DC输出电压(LED灯100的负荷电压)的降低，可以将限流电阻器单元40的阻抗值切换为较低值。因此，根据本实施例的LED点亮装置可以适用较宽范围的负荷电压。此外，由于控制电源单元4根据并非来自DC电源5而是来自电源单元1的DC输出电压来生成控制电源，因此无需使用击穿电压高的电路部件。这样抑制了制造成本的增加以及由于限流电阻器R1和R2所引起的电力损耗的增加。
在上述说明中，控制单元2进行临界模式控制。然而，控制单元2还可以进行驱动信号的频率稳定的控制。此外，对于开关元件Q，还可以使用N型场效应晶体管。在这种情况下，将齐纳二极管ZD2的齐纳电压设置为降到开关元件Q的源极电压与栅极-源极电压的总和以下。
此外，将本实施例的LED点亮装置安装在例如图2所示的照明设备中。该照明设备包括：要直接安装至天花板的主体130；以及设置在主体130中的两对灯座120。主体130被配置成细长的三棱柱形状，并且其内部容纳有LED点亮装置。灯座120分别位于主体130的两个斜面各自沿长边方向的两端。将直管形的LED灯100分别安装至各对灯座120。
尽管为了例示的目的已经说明了本发明的优选实施例，但本领域技术人员应当理解，在没有背离如所附权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和代替。
尽管已经针对这些实施例示出和说明了本发明，但本领域技术人员应当理解，在没有背离如所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

Claims (3)

1.一种发光二极管点亮装置，包括：
电源单元，用于使直流输入电压降压为预定的直流输出电压，并将所述直流输出电压供给至发光二极管；
控制单元，用于通过对所述电源单元进行控制，来调整所述直流输出电压；以及
控制电源单元，用于向所述控制单元供给控制电源，
其中，所述控制电源单元基于来自所述电源单元的直流输出电压来生成所述控制电源，
所述控制电源单元包括：
限流电阻器单元，用于对从所述电源单元流向所述控制单元的电流进行限制；
恒压单元，用于将经由所述限流电阻器单元要施加至所述控制单元的电压转换成恒定电压；以及
切换单元，用于使所述限流电阻器单元的阻抗值在多个阻抗值之间进行切换，以及
随着所述直流输出电压的降低，所述切换单元将所述限流电阻器单元的阻抗值切换为较小的阻抗值。
2.根据权利要求1所述的发光二极管点亮装置，其特征在于，
所述限流电阻器单元配置有多个电阻器的并联电路，以及
所述切换单元包括开关元件和驱动单元，其中，所述开关元件与所述多个电阻器其中之一串联连接，当所述直流输出电压不高于预定阈值时，所述驱动单元使所述开关元件闭合，并且当所述直流输出电压高于所述预定阈值时，所述驱动单元使所述开关元件打开。
3.一种照明设备，包括：
根据权利要求1或2所述的发光二极管点亮装置；以及
主体，用于保持所述发光二极管点亮装置和所述发光二极管。
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